基于在線調形技術的輪轂形態設計方法研究

摘 要：受信息時代日新月異的網絡技術影響，消費者對產品形態等的設計要求不再局限于滿足產品的使用性能，而是更加注重其形態上的美觀和個性化，為解決此需求而誕生的產品在線定制技術已逐漸發展壯大并成為一種現代購物趨勢。本文通過對現有在線定制技術的探索和研究，以輪轂形態在線設計為具體研究對象來研究在線調形與定制之間的結合，并運用該方法進行輪轂形態設計，證實該方法具有可行性。

關鍵詞：在線調形技術;個性化設計;在線定制;輪轂形態設計

1 在線調形技術

（1）在線調形概述。在線調形技術是一種隨著網絡游戲的高速發展而誕生的新興技術，其應用最多是在MMORPG領域的“捏臉系統”。捏臉系統允許用戶對游戲中的人物進行個性化、細致化與真實化的高自由度設置。

（2）在線調形實現。捏臉系統可利用骨骼變換實現，骨骼法是在臉部模型的內部建立骨骼并蒙皮，利用骨骼的縮放和位移來改變臉的外形。骨骼法制作時較為復雜，但擁有可控性高且數據量小的優點。

（3）在線調形與在線設計。捏臉系統憑借個性化與真實化的特點和便捷流暢的可操作性迅速獲得成功，被各大MMORPG游戲爭相引入，在線調形技術也日趨完善。[1]與之相對的，市場上的在線設計網站或軟件不僅數量極少且功能大多簡陋。

本文通過對捏臉系統的設計與實現過程進行分析研究后，得出可將在線調形技術應用于在線設計領域，運用骨骼法實現在線調形完成類似于“捏臉功能”的“捏產品”在線設計功能。通過該方法可大幅度降低設計門檻，用戶無需專業知識儲備便可以進行設計活動，能夠給予用戶最大程度的自由，實現真正意義上的“個人定制”。

2 輪轂形態設計與在線調形技術

（1）在線調形技術原理分析。臉部骨骼的建立過程是捏臉系統的實現基礎，以捏臉系統的骨骼建立過程為例，輪轂的骨骼建立可分為三個步驟：建立基礎模型、分析需要調形部分、利用算法尋找骨骼。第一步，使用常見五輻輪轂中的經典設計進行輪轂在線調形系統的基礎建模。第二步不同于捏臉系統，“捏輪轂系統”無五官發型等復雜分類，其空間復雜度要小很多，僅需對輪輻部分進行調形，且輪轂為中心旋轉對稱圖形，所有輪輻應保持一致，因此只需分析單一輪輻的調形需求。輪轂在線調形的實現只需完成對輪輻的在線調形功能，所以第三步便是在線調形技術應用于輪轂形態設計的關鍵點。

（2）輪轂骨骼提取。骨骼設計是完成輪輻在線設計的難點，捏臉系統的骨骼設計過程中，會使用形態學處理范疇的骨架提取與分水嶺算法來尋找骨骼的設計基礎。骨架提取算法用于特征提取和目標拓撲表示，通常可以用來對較為簡單且相互獨立的圖像進行骨骼提取。分水嶺算法則是基于拓撲理論的數學形態學的分割方法，經常用于處理難以分割的相連物體，分水嶺算法可用來對雙五輻及異形五輻進行骨骼提取。

（3）在線調形技術應用分析。在線調形技術可為用戶提供很高程度的自由性，且大幅度降低了設計門檻，無需任何專業知識或技能也可在數分鐘之內完成自己的個人產品設計。但受捏臉系統本身特點所限，用戶僅能在給定基礎臉部模型上進行調形，對五官進行一定程度上的任意修改，因此該方法應用于輪轂設計時，需按照輪輻數分別進行建模，不同輻數輪轂需要分別建模且不同柱數也需要分別建模。

（4）輪轂在線調形的操作方式設計。在線調形的操作方式設計是用戶與在線設計功能的交互方式設計，也是在線設計方法區別于傳統設計方法的獨特因素。

操作方式影響著在線設計的易學易用性與沉浸體驗性，良好的操作性可以提升用戶的自信度和興趣點。本文設計了可視化操作與滑條式操作相結合的操作方式，提高了對產品進行微調設計的效率。兩種操作方式的結合可讓用戶在輪轂形態設計時突破傳統方法，大大縮短了設計思路變成設計方案所需的時間，并且對設計方案的修改更加便捷。

3 傳統輪轂設計與輪轂在線設計

輪轂的在線形態設計方法不僅僅是為設計師提供的新型設計方式，還是一種無門檻的個性化定制方案，允許用戶行使設計師的權力，設計最符合自己需求的產品。因此在線設計方法不需要制定漫長的設計時間表和計劃，在線調形技術使得用戶可以實時查看自己的輪轂設計成果，便捷的操作方式允許用戶在極短時間內完成一次輪轂產品的設計。

4 實例驗證

（1）打開輪轂在線調形軟件，第一步進行車型選擇，根據車輛所屬品牌及系列可快速選擇所需車型。選擇車輛后可在右側上部分看到推薦輪轂，并可選擇想要進行設計的輪輻數目。

（2）選擇基礎輪型，選擇完畢后軟件后臺調用輪轂模型各項數據并進行3D繪制與渲染展示。選擇所需基礎輪轂模型后進入在線調形模塊。

（3）調形完畢后由軟件后臺進行模擬測試，高亮提示強度不達標的安全隱患部位，并提示用戶通過加粗或調整傾斜角度調高強度。模擬測試通過后提示用戶可進行模型輸出，并可拖動輪轂進行全角度觀察，完善不美觀部分。

5 結語

本文提出了一種基于在線調形技術的輪轂形態設計方法，將“捏臉”為代表的在線調形技術與在線設計相結合，可大大提高設計效率，并且使無門檻的個性化設計成為可能。本文針對傳統設計方法的弊端和當前的設計趨勢，以五幅輪轂在線調形為具體研究對象來研究在線調形與個性化定制之間的結合，對輪轂的形態設計方法進行研究。研究結果對改變傳統設計方式，簡化形態設計方法，降低設計門檻，提升設計效率，節約設計時間具有一定的參考價值和借鑒意義。

參考文獻：

[1]劉真.基于整車形態的輪轂造型設計與結構分析[D].華北電力大學（保定）華北電力大學，2013.

[2]吳儉濤.基于象元的形態設計方法及其應用研究[D].燕山大學，2016.

[3]賈帥蕾，周磊，潘帆.淺談汽車輪轂的造型設計[J].科技資訊，2017，15（2）：92-93.

[4]閆勝昝，劉偉鵬.基于有限元分析的鋁合金輪轂造型設計[J].機械設計，2014（10）：109-112.

[5]程方舟.傳統折扇虛擬繪制App設計及其體驗研究[D].哈爾濱工業大學，2016.

[6]葉澤群.個性化定制應用設計研究——以江鈴汽車定制App為例[D].華中科技大學，2014.

[7]陳罡，陳健，王進，等.面向用戶在線體驗的服裝快速個性化設計方法[J].紡織學報，2012，33（5）：145-149.

[8]Jin J Z，Nakamori Y，Wierzbicki A P.A Study on Multiattribute Aggregation Approaches to Product Recommendation[J].Advances in Fuzzy Systems，2013，（2013-6-17），2013，2013（1）：5.

[9]Sandru O I，Vladareanu L，Schiopu P，et al.Multidimensional Extenics Theory[J].Upb Scientific Bulletin，2013，75（1）.

作者簡介：王嬋（1993-），女，漢族，河北人，研究生在讀，研究方向：工業設計工程。